En el capítulo 3 «Átomos, moléculas e iones», introdujimos la tabla periódica como herramienta para organizar los elementos químicos conocidos. En la figura 8.11 «La tabla periódica» se muestra una tabla periódica. Los elementos se enumeran por número atómico (el número de protones en el núcleo), y los elementos con propiedades químicas similares se agrupan en columnas.

¿Por qué la tabla periódica tiene la estructura que tiene? La respuesta es bastante sencilla, si se entienden las configuraciones electrónicas: la forma de la tabla periódica imita el llenado de las subcubiertas con electrones.

Empecemos con el H y el He. Sus configuraciones electrónicas son 1s1 y 1s2, respectivamente; en el caso del He, la capa n = 1 está llena. Estos dos elementos forman la primera fila de la tabla periódica (véase la figura 8.12 «El 1»).

Los siguientes dos electrones, para el Li y el Be, irían a la subcapa 2s. La figura 8.13 «El 2» muestra que estos dos elementos son adyacentes en la tabla periódica.

Para los siguientes seis elementos, la subcapa 2p está siendo ocupada con electrones. En el lado derecho de la tabla periódica, estos seis elementos (del B al Ne) están agrupados (Figura 8.14 «El 2»).

La siguiente subcapa que se llena es la subcapa 3s. Los elementos cuando se está llenando este subesqueleto, Na y Mg, están de vuelta en el lado izquierdo de la tabla periódica (Figura 8.15 «El 3»).

A continuación, la subcapa 3p se llena con los siguientes seis elementos (Figura 8.16 «El 3»).

En lugar de llenar la subcapa 3d a continuación, los electrones pasan a la subcapa 4s (Figura 8.17 «El 4»).

Después de llenarse la subcapa 4s, la subcapa 3d se llena con hasta 10 electrones. Esto explica la sección de 10 elementos en el centro de la tabla periódica (Figura 8.18 «El 3»).

Y así sucesivamente. A medida que avanzamos por las filas de la tabla periódica, la forma general de la tabla describe cómo los electrones están ocupando las cáscaras y las subcáscaras.

Las dos primeras columnas del lado izquierdo de la tabla periódica son las que ocupan las subcáscaras s. Por ello, las dos primeras filas de la tabla periódica se denominan bloque s. Del mismo modo, el bloque p son las seis columnas más a la derecha de la tabla periódica, el bloque d son las 10 columnas centrales de la tabla periódica, mientras que el bloque f es la sección de 14 columnas que normalmente se representa como separada del cuerpo principal de la tabla periódica. Podría formar parte del cuerpo principal, pero entonces la tabla periódica sería bastante larga y engorrosa. La figura 8.19 «Bloques de la tabla periódica» muestra los bloques de la tabla periódica.

Los electrones de la capa más alta, más los electrones de la última subcapa sin rellenar, se llaman electrones de valencia; la capa más alta se llama capa de valencia. (Los electrones de valencia controlan en gran medida la química del átomo. Si nos fijamos sólo en la configuración de los electrones de la capa de valencia, encontramos que en cada columna, la configuración de los electrones de la capa de valencia es la misma. Por ejemplo, tomemos los elementos de la primera columna de la tabla periódica: H, Li, Na, K, Rb y Cs. Sus configuraciones electrónicas (abreviadas para los átomos más grandes) son las siguientes, con la configuración electrónica de la capa de valencia resaltada:

Todos ellos tienen una configuración electrónica similar en sus capas de valencia: un solo electrón s. Dado que gran parte de la química de un elemento está influida por los electrones de valencia, cabría esperar que estos elementos tuvieran una química similar, y así es. La organización de los electrones en los átomos explica no sólo la forma de la tabla periódica sino también el hecho de que los elementos de la misma columna de la tabla periódica tengan una química similar.

El mismo concepto se aplica a las otras columnas de la tabla periódica. Los elementos de cada columna tienen las mismas configuraciones electrónicas de la capa de valencia, y los elementos tienen algunas propiedades químicas similares. Esto es estrictamente cierto para todos los elementos de los bloques s y p. En los bloques d y f, debido a que hay excepciones en el orden de llenado de las subcáscaras con electrones, la similitud de las cáscaras de valencia no es absoluta en estos bloques. Sin embargo, existen muchas similitudes en estos bloques, por lo que se espera una similitud en las propiedades químicas.

La similitud de la configuración de los electrones de la capa de valencia implica que podemos determinar la configuración de los electrones de un átomo únicamente por su posición en la tabla periódica. Consideremos el Se, como se muestra en la figura 8.20 «El selenio en la tabla periódica». Se encuentra en la cuarta columna del bloque p. Esto significa que su configuración electrónica debería terminar en una configuración electrónica p4. Efectivamente, la configuración electrónica del Se es 4s23d104p4, como se esperaba.